某框架梁板裂縫原因及結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量鑒定

吳國強，鄭 科

（濱州市工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督站，山東 濱州256613）

某框架梁板裂縫原因及結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量鑒定

吳國強，鄭 科

（濱州市工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督站，山東 濱州256613）

某五層框架結(jié)構(gòu)實驗實訓(xùn)樓在建設(shè)過程中梁板構(gòu)件出現(xiàn)大范圍的開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)安全及正常使用性功能，基于現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)驗算情況對該建筑物開裂構(gòu)件的裂縫原因進行了系統(tǒng)的分析，對開裂構(gòu)件提出了三種加固處理方案，并對第一種方案進行了詳細敘述，其加固處理方案可供其他類似工程做參考。

框架結(jié)構(gòu)；構(gòu)件裂縫；結(jié)構(gòu)分析；加固處理

Abstract:During construction，a wide range of cracks appeared in the middle beam slab of a five-layer framework structure building，which badly affected the safety of the building.Based on the testing data and check results of the structure obtained on the scene，the cause of beam slab crack was analyzed systematically.Three kinds of reinforcement plans were put forward.The first scheme has been described in detail，which could be used as reference for other similar projects.

Key words:frame structure;component crack;structure analysis;reinforcement

1 受鑒工程概況

某職業(yè)中專實驗實訓(xùn)樓始建于2009年8月份，為局部五層，主體四層框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已施工至四層的大部分區(qū)域，2011年3月該樓二層現(xiàn)澆板及三、四層現(xiàn)澆梁板出現(xiàn)大范圍的構(gòu)件開裂現(xiàn)象，已經(jīng)嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)整體安全及正常使用性能，必須對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量進行完整評估，以便對后續(xù)工程的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。濱州市工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督站建筑工程司法鑒定中心結(jié)合現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)驗算，對裂縫原因進行系統(tǒng)分析，并對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的加固處理措施提出了建議。

2 現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)

使用PTS-C10智能裂縫寬度觀測儀對開裂樓板及現(xiàn)澆梁進行了抽檢檢測，其中混凝土構(gòu)件裂縫寬度及開裂比例見表1，詳細記錄裂縫的分布位置，采用現(xiàn)場鉆芯法抽檢混凝土構(gòu)件強度（見表2），對使用鉆芯法測強時采集的樓板芯樣本進行樓板厚度測量，抽檢的樓板芯樣本厚度在95mm～115mm之間，均未達到樓板設(shè)計厚度值120mm?，F(xiàn)場對梁板柱等混凝土構(gòu)件進行了結(jié)構(gòu)尺寸及構(gòu)件配筋抽檢，抽檢結(jié)果符合設(shè)計圖紙要求。部分現(xiàn)場抽檢圖見圖1～圖2。

圖1 現(xiàn)澆板裂縫貫通實驗圖

圖2 現(xiàn)澆樓板開裂寬度檢測圖

表1 開裂構(gòu)件比例數(shù)據(jù)表

表2 構(gòu)件強度抽檢檢測值

3 結(jié)構(gòu)安全分析

3.1 構(gòu)件裂縫對整體的危害

GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》關(guān)于裂縫寬度允許值的規(guī)定，是考慮了結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境，結(jié)構(gòu)的工作條件以及鋼材對腐蝕的敏感性等因素制定的。規(guī)范將裂縫控制等級劃分為三級，分別按所處環(huán)境類別和結(jié)構(gòu)類別確定相應(yīng)的裂縫等級及最大裂縫寬度限制，要求在荷載作用下的裂縫寬度不能超過某一限值或不允許出現(xiàn)裂縫。

從表1可知，現(xiàn)有混凝土板的開裂寬度已經(jīng)遠遠超過規(guī)范要求的最大裂縫限制，并且開裂構(gòu)件數(shù)量占該類構(gòu)件總數(shù)量的比例已高達87%以上，已經(jīng)嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)整體安全及正常使用性能。裂縫的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1.1 承載力下降

由于裂縫的存在，在大氣或有害介質(zhì)的長期侵蝕下，會使鋼筋銹蝕，逐漸削弱鋼筋的截面積，降低鋼筋與混凝土之間的粘滯力，致使結(jié)構(gòu)的承載力下降，引發(fā)裂縫的進一步發(fā)展，嚴(yán)重的可能引起結(jié)構(gòu)的倒塌破壞，對結(jié)構(gòu)的耐久性危害極大。

3.1.2 剛度降低

由于裂縫的存在還使結(jié)構(gòu)的剛度降低，變形增大，對于存儲液體或砌體的容器，或壓力管道，裂縫可能使液體或氣體發(fā)生滲漏，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

3.1.3 影響美觀

過寬的裂縫會影響建筑物的美觀，且在使用者心里產(chǎn)生不安全感。

3.2 結(jié)構(gòu)安全評估

針對以上構(gòu)件開裂的嚴(yán)重危害，必須對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量進行完整評估，才能為下一步開裂結(jié)構(gòu)的處理措施提供科學(xué)依據(jù)。因此，該中心在現(xiàn)有檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上使用中國建筑科學(xué)研究院PKPM工程部開發(fā)的軟件建立現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的計算模型，并使用《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件》SATWE進行整體框架結(jié)構(gòu)安全驗算，經(jīng)分析驗算發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有砼強度檢測值的前提下，原始圖紙中部分混凝土梁構(gòu)件所配鋼筋量已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)安全要求，且現(xiàn)澆板混凝土強度實測值小于C20的構(gòu)件均不滿足強度要求，必須進行加固處理后方可繼續(xù)使用。

4 裂縫原因分析

目前常見混凝土構(gòu)件裂縫種類主要為五種：荷載裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、沉降裂縫、管線應(yīng)力裂縫。由五種構(gòu)件開裂的原因及本案例開裂構(gòu)件的特征表現(xiàn)可以采用排除法對構(gòu)件的開裂原因進行分析，首先對本工程的設(shè)計圖紙進行審查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙符合結(jié)構(gòu)受力的合理要求，因此排除荷載裂縫的可能；經(jīng)現(xiàn)場檢測，該工程基礎(chǔ)無明顯沉降及其他位移產(chǎn)生，可以排除沉降裂縫的可能；經(jīng)審查該工程施工圖紙，電器管線布置符合規(guī)范設(shè)計要求，因此可以排除管線應(yīng)力裂縫的可能；經(jīng)審查商混公司提供的混凝土原材料配比，可以排除混凝土自身材料缺陷引起干縮裂縫的可能。

4.1 對混凝土梁具體產(chǎn)生裂縫的原因分析

該框架樓的二層梁、板、柱鋼筋混凝土構(gòu)件施工在2010年11月份，施工至四層時是2010年12月份，也就是已進入冬季施工或施工時自然溫度較低，但是鋼筋混凝土梁的裂縫不是混凝土凝固前期出現(xiàn)的，而是混凝土構(gòu)件由于沒有有效地保護，經(jīng)過冬季低溫和夏季高溫的溫差變化引起的，是后期出現(xiàn)的變形裂縫。綜上可知該框架結(jié)構(gòu)混凝土梁的裂縫是混凝土澆筑后在沒有進行有效養(yǎng)護的情況下，構(gòu)件經(jīng)過外界氣候溫差的巨大變化而逐漸產(chǎn)生的。

4.2 混凝土板具體裂縫產(chǎn)生原因分析

水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和溫度變形，是該混凝土板產(chǎn)生裂縫的主要原因。據(jù)資料介紹，水泥水化過程中釋放的熱量約為502.42J/g，加上混凝土澆注時自身所具有的環(huán)境溫度，這兩種溫度形成混凝土的內(nèi)部溫度。當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面的溫差過大時，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形?；炷羶?nèi)部的最高溫度多出現(xiàn)在澆注后的3～5天?；炷恋臏囟葢?yīng)力與混凝土的厚度、結(jié)構(gòu)尺寸和溫差密切相關(guān)。溫差越大，混凝土的溫度應(yīng)力越大；混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸越厚、越大，混凝土的溫度應(yīng)力越大。另一方面，水泥用量越大，產(chǎn)生的水化熱越高，其溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)這種拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生混凝土裂縫。

混凝土的澆注溫度與外界氣溫的高低有直接的關(guān)系。當(dāng)外界氣溫高于混凝土拌合物溫度時，因混凝土內(nèi)部熱量不易散失，內(nèi)部溫度高容易引起混凝土開裂；反之，當(dāng)外界氣溫比較低，尤其是溫度驟降時，容易在混凝土內(nèi)部和表面之間形成很陡的溫度梯度，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。本工程中混凝土板澆注日期均在11月份以后，外部氣溫較低，并且混凝土板澆筑后至凝固前沒有采取保溫防護措施，這樣進一步加大了現(xiàn)澆板內(nèi)部與外部的溫差，致使混凝土現(xiàn)澆板澆筑后較短時間就出現(xiàn)了裂縫，以后隨時間的增加以及冬夏溫差的變化使裂縫寬度加大。

5 處理措施

經(jīng)過結(jié)構(gòu)驗算，需對不滿足結(jié)構(gòu)安全要求的構(gòu)件進行加固處理后再進行整體驗算。目前混凝土構(gòu)件中常用的加固處理措施如下：

（1）壓力灌漿（適用于裂縫寬度0.5 mm的砼構(gòu)件）并粘貼碳纖維布方法；

（2）置換混凝土方法；

（3）鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿單面外加層加固法；

（4）設(shè)置卸載結(jié)構(gòu)，增加支撐或節(jié)點以減小實際結(jié)構(gòu)承受的荷載。

以上加固處理方法必須滿足GB 50367-2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求。

根據(jù)本工程實際結(jié)構(gòu)分析情況，建議對開裂構(gòu)件采用第一種加固處理措施即壓力灌漿并粘貼碳纖維方法進行加固補強處理。具體處理方法為：先進行壓力灌漿封閉處理，然后在板底或梁側(cè)和板底沿裂縫通長黏貼一層碳纖維布進行補強，碳纖維布的纖維方向應(yīng)垂直裂縫，并保證裂縫兩側(cè)各錨固500mm。裂縫處理完畢后，在板底通長雙向黏貼100mm寬碳纖維條進行加固補強，碳纖維條間距為300mm，并在四邊通長黏貼100mm寬碳纖維片材壓條。碳纖維片材的規(guī)格為300g/m，抗拉強度不低于3000MPa。具體施工要求嚴(yán)格遵照CECS146：2003《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，先制作樣板間，對樣板間進行結(jié)構(gòu)性能試驗，試驗合格后方可對其他房間進行加固處理，施工完畢后，應(yīng)按相應(yīng)要求進行檢測檢驗，為保證施工質(zhì)量，加固處理應(yīng)由有專項資質(zhì)的專業(yè)隊伍施工。其中，梁的加固補強后外觀圖如圖3所示。

圖3 現(xiàn)澆梁加固補強后外觀圖

6 結(jié)論

目前，在建筑工程質(zhì)量鑒定案例中，關(guān)于混凝土構(gòu)件裂縫的鑒定占有很大的比例，常用的控制混凝土構(gòu)件開裂的措施概括為以下幾點：降低水泥水化熱；降低混凝土入模溫度；加強施工中外界溫度控制；養(yǎng)護保溫措施及時全面；在混凝土構(gòu)件邊緣加防裂鋼筋等。通過對裂縫產(chǎn)生原因、機理的分析，采取一定的針對性措施，混凝土構(gòu)件裂縫是可以控制到合理范圍的。

本文的鑒定過程可供有關(guān)單位對類似鑒定案件進行參考。

[1]王文明.建筑工程質(zhì)量檢測鑒定實例及應(yīng)用指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：13-16.

[2]韓繼云.土木工程質(zhì)量與性能檢測鑒定加固技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：157-160.

[3]楊星.PKPM結(jié)構(gòu)軟件從入門到精通[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：28-48.

[4]GB 50367-2006.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：16-46.

[5]李國勝.建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加層加固疑難問題的處理-附實例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：23-45.

（本文編輯：周柯生）

The Cause of Frame Beam Slab Crack and Its Structure Quality Appraisal

WU Guo-qiang，ZHENG Ke
（Binzhou Construction Project Quality Supervision Station，Binzhou 256613，China ）

TU71

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2012.03.020

1671-2072-（2012）03-0087-03

2011-12-01

吳國強（1984—），男，碩士研究生，主要從事建筑工程質(zhì)量鑒定工作。E-mail：Wgq841225@163.com。